变负荷过程的可切换性能评估与优化

发布时间：2017-05-14 14:14

  本文关键词：变负荷过程的可切换性能评估与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在工业过程中,工业装置往往需要根据不同的生产需求的执行变负荷操作。变负荷是从一个稳态工作点到另一稳态工作点的动态切换过程。在变负荷过程中,其负荷的变化将会引起系统内的温度、压力、流量等关键变量的波动。这就要求生产过程能够及时进入平衡状态,减少负荷切换的时间。由于过程的负荷切换,引起过程对象的动态特性呈非线性,在不同的操作工况以及系统结构下,工业过程呈现出不同的动态特性。通常变负荷过程采用双层控制结构,上层为优化层,考虑经济性能指标；下层控制层,考虑系统在满足约束下的动态控制性能问题。由于缺乏有效的分析工具,优化层和控制层被相互孤立起来。本文从变负荷过程的动态特性及其双层控制结构出发,设计兼顾过程的经济性能与动态切换性能的负荷切换轨迹优化方法,以实现变负荷过程的快速、平稳、经济的运行的目标。本文的主要内容和创新点包括：针对变负荷过程的动态切换特性,本文提出了一种基于Gap metric的变负荷过程的可切换性能评估方法。此方法结合Gap metric理论在非线性度量方面的优良特性,从非线性度量的角度分析不同的变负荷操作的切换性能。本文提出的性能评估方法通过分析变负荷过程经历的工作点间的非线性特性来衡量系统的切换性能。此方法不仅适用于SISO系统,而且可以用于MIMO系统,为综合考虑变负荷过程经济性能与动态切换性能构建更加合理、有效的轨迹优化方法提供一种分析工具。针对工业过程变负荷问题,提出了一种结合前述切换性能指标与经济性能指标的变负荷过程的轨迹优化方法,用来兼顾经济性能以及变负荷过程的切换性能。此方法是在传统的经济优化的基础上增加考虑了变负荷的可切换性能指标,为变负荷操作提供一种更加合理有效的负荷切换轨迹,用以解决变负荷过程中优化层与控制层性能不匹配的现象而带来的切换轨迹难以跟踪、负荷切换较为剧烈问题。连续搅拌反应釜模型的相关建模仿真验证了此方法的优越性。
【关键词】：变负荷 非线性度量 Gap metric 可切换性能 切换轨迹 动态优化
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 变负荷过程的一般描述12-15
• 1.3 变负荷过程的研究状况15-20
• 1.3.1 变负荷过程的控制方案15-18
• 1.3.2 变负荷过程的评估与轨迹优化方法18-19
• 1.3.3 变负荷过程的EMPC方法19-20
• 1.4 本研究的主要内容和论文结构20-23
• 第二章 非线性度量方法-Gap metric理论介绍23-41
• 2.1 引言23-25
• 2.2 算子的图与互质分解理论25-27
• 2.2.1 算子的图25-26
• 2.2.2 互质分解26-27
• 2.3 Gap metric理论介绍27-30
• 2.3.1 Gap metric的定义27-29
• 2.3.2 Gap metric若干属性29-30
• 2.4 非线性系统下的Gap metric度量方法30-40
• 2.4.1 基于Gap metric的非线性度量方法30-32
• 2.4.2 基于gap metric非线性度量算法步骤及仿真实例分析32-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 基于Gap metric变负荷过程的可切换性能评估方法41-65
• 3.1 引言41
• 3.2 现有的过程性能评价方法41-46
• 3.2.1 基于ISE指标的可切换性能评价方法41-44
• 3.2.2 基于IAE指标的可切换性能评价方法44-46
• 3.3 基于Gap metric理论的可切换性能评估方法46-52
• 3.3.1 变负荷控制系统的一般描述46-47
• 3.3.2 基于Gap metric理论的可切换性能指标的定义47-52
• 3.3.3 基于Gap metric的可切换性能指标的计算方法52
• 3.4 系统仿真52-64
• 3.4.1 CSTR系统仿真分析52-58
• 3.4.2 精馏塔系统仿真分析58-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 基于经济性能和切换性能的变负荷过程轨迹优化65-87
• 4.1 引言65
• 4.2 基于经济性能和切换性能的轨迹优化方法65-68
• 4.2.1 变负荷过程的双目标轨迹优化66-68
• 4.3 非线性动态优化求解方法68-71
• 4.4 CSTR系统仿真分析71-85
• 4.4.1 仿真分析172-76
• 4.4.2 仿真分析276-81
• 4.4.3 基于ISE性能指标的轨迹优化方法对比81-85
• 4.5 本章小结85-87
• 第五章 总结与展望87-89
• 5.1 研究工作总结87-88
• 5.2 研究工作展望88-89
• 参考文献89-97
• 作者在学期间所获的科研成果97

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 张正江;曾国强;邵之江;王可心;陈曦;;过程系统变负荷下的数据校正与参数估计方法[J];化工学报;2012年06期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈杨;基于微分—代数混合方程机理模型的非线性预测控制[D];浙江大学;2011年

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本文编号：365429